CN111250510A - 一种分段运行的飞灰熔融处理装置及飞灰熔融处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段运行的飞灰熔融处理装置及飞灰熔融处理方法，包括旋风启动炉和飞灰熔融炉，旋风启动炉的蜗壳一次风进口设置在旋风启动炉的前端，二次风切向进口设置在旋风启动炉的壁面上，中心风管设置在旋风启动炉前端中心处，出口尾锥设置在旋风启动炉与飞灰熔融炉的连接处，流渣口设置在出口尾椎的下方；飞灰熔融的进料口设置在飞灰熔融炉的上方，上氧气进口设置在飞灰熔融炉的上半部分，下氧气进口设置在熔融池上方，熔渣口设置在飞灰熔融炉下方，高温烟气出口设置在飞灰熔融炉的上方，与二次风切向进口连接。通过旋风启动炉与飞灰熔融炉分段运行方式，解决了熔融处理成本高，飞灰熔融不彻底以及二次重金属污染的问题。
Description
技术领域
本发明属于飞灰熔融处理技术领域，具体涉及一种分段运行的飞灰熔融处理装置及飞灰熔融处理方法。
背景技术
随着经济迅猛发展，我国每年产生的城市生活垃圾数量也以约10％的幅度不断增长，垃圾处理主要以焚烧和填埋两种最终处理方式进行。其中焚烧垃圾可以达到减容、去毒以及回收能量等优点，但焚烧后仍会产生占垃圾总量3％-5％的焚烧垃圾飞灰需要进行处理。垃圾飞灰的处理方式主要有填埋、化学处理和熔融处理方式。熔融处理垃圾焚烧飞灰后的副产品可以用作建筑材料，有较好的减重和减容的效果，并且熔渣性质稳定，无重金属溶出等优点。但是熔融处理所需能耗和成本较高，目前并没有广泛应用。因此需要开发一种效率高、能耗低、具有经济性易于推广的飞灰熔融装置。
在现有技术中，主要解决飞灰熔融不完全及熔融处理能耗高的问题。申请号为200920090363.3的中国专利公开了一种垃圾焚烧飞灰旋风熔融炉，包括由上下两段炉腔构成的L形熔融炉本体，设置了二次熔融室和二次燃烧器，解决了飞灰熔融不完全的问题。但是为了飞灰加热到熔融状态且增设了二次熔融室，需要投入大量辅助能源以提供足够的热量完成飞灰熔融过程，能耗较大。申请号为201810485191.3的中国专利提供了一种垃圾焚烧飞灰熔融处理装置，包括太阳能供电模块、熔融处理模块、固化成型模块、药剂供给模块、尾气处理模块和自动化控制模块，将太阳能转化为电能，降低能耗。但是装置结构复杂，自动化控制模块精密仪器较多，成本较高，不易于实际推广使用。
发明内容
本发明提供了一种分段运行的飞灰熔融处理装置及飞灰熔融处理方法，将启动阶段和运行阶段分离设置，在启动阶段利用旋风启动炉热强度较高的优点进行燃烧放热，启动速度快，预热飞灰熔融炉；在运行阶段利用飞灰熔融炉进行飞灰熔融处理，解决飞灰熔融处理成本高的问题，飞灰熔融炉底部设置熔融池，解决现有飞灰熔融处理过程中飞灰熔融不彻底及二次重金属污染的问题。
为达到上述目的，本发明一种分段运行的飞灰熔融处理装置，，包括旋风启动炉和飞灰熔融炉，旋风启动炉包括第一炉体，第一炉体上开设有蜗壳一次风进口、二次风切向进口、中心风管、出口尾锥和流渣口；蜗壳一次风进口和中心风管设置在第一炉体前端，二次风切向进口设置在一次风进口下游的炉体的侧壁，出口尾锥用于连通旋风启动炉与飞灰熔融炉，起到过渡风道的作用；
飞灰熔融炉包括第二炉体，第二炉体底部设置有熔融池，熔融池通过流渣口和第一炉体连接；第二炉体上开设有进料口、上氧气进口、下氧气进口、熔渣出口和高温烟气出口；进料口设置在飞灰熔融炉的上端，上氧气进口设置在飞灰熔融炉的上部，下氧气进口设置在飞灰熔融炉的下部，熔渣口设置在熔融池下部；高温烟气出口设置在飞灰熔融炉的上端，与二次风切向进口通过第一管道连接，高温烟气出口通过第二管道连接至烟气处理设备。
进一步的，出口尾锥位于飞灰熔融炉的中部下方。
进一步的，熔融池中铺设高温耐热保温材料。
进一步的，第一管道上安装有第一阀门，第二管道上安装有第二阀门。
进一步的，流渣口设置在出口尾椎的下方。
一种基于上述的分段运行的飞灰熔融处理装置的飞灰熔融处理方法，包括以下步骤：
步骤1、在启动阶段，一次风和煤粉混合后经过一次风进口进入旋风启动炉，二次风经二次风切向进口进入，产生旋流燃烧，燃烧产生高温烟气经由出口尾锥进入飞灰熔融炉，燃烧产生的熔渣从流渣口流入飞灰熔融炉的熔融池中，对飞灰熔融炉进行预热；
步骤2、当飞灰熔融炉的温度升至℃-℃后，关闭旋风启动炉；
步骤3、在运行阶段，飞灰与石灰石、兰炭混合后经进料口进入飞灰熔融炉，进行熔融处理，上氧气进口为飞灰熔融炉内的燃烧提供大部分的氧气，飞灰在下落过程中，二噁英受到高温分解；氧气由下氧气进口进入熔融池上方，为未完全熔融的飞灰提供氧气，增加飞灰熔融时间，保证飞灰完全熔融；飞灰熔融后的熔渣从熔渣出口排出进行回收利用。
进一步的，步骤2中，关闭旋风启动炉后，关闭高温烟气出口通向旋风启动炉上的管道的第一阀门，并开启高温烟气出口与烟气处理设备之间的管道上的第二阀门。
进一步的，飞灰熔融炉排出的高温烟气经高温烟气出口运送至切向二次风切向进口处加热二次风。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本申请针对飞灰熔融处理提供了一种旋风启动炉与飞灰熔融炉相结合的装置，采用蜗壳一次风进口和切向二次风进口，出口尾锥与飞灰熔融炉相连接，作为过渡烟道，流渣口与飞灰熔融炉的熔融池相连，为冷态熔融池提供熔渣及热量，飞灰熔融炉的进料口设置在上端，高温烟气出口与旋风启动炉切向二次风进口相连，回收利用烟气热量，同时降低燃烧过程中氮氧化物的生成。
第一管道上安装有第一阀门，第二管道上安装有第二阀门，当飞灰熔融炉能够高温稳定运行后，关闭旋风启动炉，高温烟气通向旋风启动炉的第一阀门关闭，通向后续烟气处理设备的第二阀门开启，以对灰熔融炉产生的高温烟气进行合理的利用。本申请所述的方法，将启动阶段与运行阶段分离设置。在启动阶段利用旋风启动炉燃烧热强度较高的优点，在短时间内对飞灰熔融炉进行预热启动，当飞灰熔融炉能够高温稳定运行后，关闭旋风启动炉，飞灰进入熔融炉内进行高温熔融处理，解决了飞灰熔融处理成本较高的问题，同时达到降低能耗的目的。
本发明的飞灰熔融处理方法，飞灰经与兰炭、石灰石混合后送入进料口，投入熔融池，二噁英在下落过程中高温分解，同时未完全熔融的飞灰掉入熔融池可保证完全融化，增加了飞灰的熔融时间，显著提高了飞灰的熔融捕渣效率。
进一步的，飞灰熔融炉排出的高温烟气经高温烟气出口运送至切向二次风切向进口处加热二次风。回收利用高温烟气的热量，同时降低燃烧过程中氮氧化物的排放。
本申请所述飞灰熔融炉可利用冶炼高炉进行改造，结构简单且相似，改造成本较低，并且运行具有一定的经济性，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明一种分段运行的飞灰熔融处理装置示意图。
附图中：1-旋风启动炉，2-飞灰熔融炉，3-进料口，4-上氧气进口，5-高温烟气出口，6-下氧气进口，7-熔渣出口，8-二次风切向进口，9-蜗壳一次风进口，10-中心风管，11-出口尾锥，12-流渣口，13-熔融池，14-第一阀门，15-第二阀门。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种分段运行的飞灰熔融处理装置包括旋风启动炉1和飞灰熔融炉2。其中旋风启动炉1为卧式旋风炉，包括第一炉体，炉体上最前端中心处安装有中心风管10，炉体上开设有蜗壳一次风进口9、二次风切向进口8、中心风管10、出口尾锥11和流渣口12；蜗壳一次风进口9设置在炉体的前端，二次风切向进口8设置在一次风进口9下游的旋风启动炉的壁面上，出口尾锥11设置在旋风启动炉1与飞灰熔融炉2的连接处，旋风启动炉1的出口尾锥11与飞灰熔融炉2相连，起到过渡风道的作用，连接位置设于飞灰熔融炉2的中下部。流渣口12设置在出口尾椎11的下方，旋风启动炉1的流渣口12与飞灰熔融炉2的熔融池相连。其中,中心风管10用于进风,维持火焰稳定，防止回火。
飞灰熔融炉2包括第二炉体，第二炉体上开设有进料口3、上氧气进口4、下氧气进口6、熔渣出口7和高温烟气出口5；进料口3设置在飞灰熔融炉2的上端，上氧气进口4设置在飞灰熔融炉2的上半部分，下氧气进口6设置在飞灰熔融炉2的下半部分且位于熔融池上方，熔渣口7设置在飞灰熔融炉2下部；高温烟气出口5设置在飞灰熔融炉2的上端，与二次风切向进口8通过第一管道连接，高温烟气出口5通过第二管道连接至烟气处理设备；第一管道上安装有第一阀门14，第二管道上安装有第二阀门15，飞灰熔融炉2底部设置有熔融池13。
飞灰熔融炉2的下方熔融池13中铺设高温耐热保温材料，例如含锆硅酸铝耐火纤维棉和浇筑耐火衬等。
飞灰熔融炉2高温烟气出口5的高温烟气作为热二次风与二次风混合后通过二次风切向进口8引入旋风启动炉1。
一种分段运行的飞灰熔融处理装置及飞灰熔融处理方法，旋风启动炉1和飞灰熔融炉2通过出口尾锥11相连通，采用分段运行方式，将启动阶段和运行阶段分离设置。以旋风启动炉1作为启动设备，通过燃煤/燃油快速燃烧，产生的高温烟气通过出口尾锥11进入飞灰熔融炉2中，产生的熔渣通过流渣口12流入飞灰熔融炉2的熔融池13中，对飞灰熔融炉2进行预热。当飞灰熔融炉2的温度升至1400℃-1500℃后，飞灰熔融炉2的进料口3开始进料同时可将旋风启动炉1关闭。
所述上氧气进口4向炉内提供燃烧所需大部分氧气，物料经进料口3进入飞灰熔融炉2后在下降过程开始燃烧，二噁英高温分解。下氧气进口6向熔融池内未完全熔融的飞灰提供氧气，增加飞灰熔融时间，保证完全熔融。
所述高温烟气出口5与切向二次风切向进口8连接，飞灰熔融炉2排出的高温烟气经高温烟气出口5运送至切向二次风切向进口8处与二次风混合后通过二次风切向进口8进入旋风启动炉1，回收利用高温烟气的热量，同时降低燃烧过程中氮氧化物的排放。
在启动阶段，一次风和煤粉混合后经过旋风启动炉1的蜗壳一次风进口9进入旋风启动炉1，二次风经旋风启动炉1壁面设置的二次风切向进口8进入旋风启动炉1，产生旋流燃烧，燃烧产生高温烟气经由出口尾锥11进入飞灰熔融炉2，熔渣从流渣口12流入飞灰熔融炉2的熔融池中，对飞灰熔融炉2进行预热启动，当飞灰熔融炉能够高温稳定运行后，关闭旋风启动炉，高温烟气通向旋风启动炉的第一阀门14关闭，通向后续烟气处理设备的第二阀门15开启。在运行阶段，飞灰与石灰石、兰炭混合后经进料口3进入飞灰熔融炉2进行熔融处理。上氧气进口4为飞灰熔融炉内的燃烧提供大部分的氧气，飞灰在下落过程中，二噁英受到高温分解；氧气由下氧气进口6进入熔融池上方，为未完全熔融的飞灰提供氧气，保证飞灰完全熔融。飞灰熔融后的熔渣从熔渣出口7排出进行回收利用。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种分段运行的飞灰熔融处理装置，其特征在于，包括旋风启动炉(1)和飞灰熔融炉(2)，所述旋风启动炉(1)包括第一炉体，第一炉体上开设有蜗壳一次风进口(9)、二次风切向进口(8)、中心风管(10)、出口尾锥(11)和流渣口(12)；蜗壳一次风进口(9)和中心风管(10)设置在第一炉体前端，二次风切向进口(8)设置在一次风进口(9)下游的炉体的侧壁，出口尾锥(11)用于连通旋风启动炉(1)与飞灰熔融炉(2)，起到过渡风道的作用；
所述飞灰熔融炉(2)包括第二炉体，第二炉体底部设置有熔融池(13)，所述熔融池(13)通过流渣口(12)和第一炉体连接；第二炉体上开设有进料口(3)、上氧气进口(4)、下氧气进口(6)、熔渣出口(7)和高温烟气出口(5)；所述进料口(3)设置在飞灰熔融炉(2)的上端，上氧气进口(4)设置在飞灰熔融炉(2)的上部，下氧气进口(6)设置在飞灰熔融炉(2)的下部，熔渣口(7)设置在熔融池(13)下部；所述高温烟气出口(5)设置在飞灰熔融炉(2)的上端，与二次风切向进口(8)通过第一管道连接，高温烟气出口(5)通过第二管道连接至烟气处理设备。
2.根据权利要求1所述的一种分段运行的飞灰熔融处理装置，其特征在于，所述出口尾锥(11)位于飞灰熔融炉(2)的中部下方。
3.根据权利要求1所述的一种分段运行的飞灰熔融处理装置，其特征在于，所述熔融池(13)中铺设高温耐热保温材料。
4.根据权利要求1所述的一种分段运行的飞灰熔融处理装置，其特征在于，所述第一管道上安装有第一阀门(15)，第二管道上安装有第二阀门(16)。
5.根据权利要求1所述的一种分段运行的飞灰熔融处理装置，其特征在于，所述流渣口(12)设置在出口尾椎(11)的下方。
6.一种基于权利要求1所述的分段运行的飞灰熔融处理装置的飞灰熔融处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在启动阶段，一次风和煤粉混合后经过一次风进口(9)进入旋风启动炉(1)，二次风经二次风切向进口(8)进入，产生旋流燃烧，燃烧产生高温烟气经由出口尾锥(11)进入飞灰熔融炉(2)，燃烧产生的熔渣从流渣口(12)流入飞灰熔融炉(2)的熔融池(13)中，对飞灰熔融炉(2)进行预热；
步骤2、当飞灰熔融炉(2)的温度升至(1400)℃-(1500)℃后，关闭旋风启动炉(1)；
步骤3、在运行阶段，飞灰与石灰石、兰炭混合后经进料口(3)进入飞灰熔融炉(2)，进行熔融处理，上氧气进口(4)为飞灰熔融炉内的燃烧提供大部分的氧气，飞灰在下落过程中，二噁英受到高温分解；氧气由下氧气进口(6)进入熔融池上方，为未完全熔融的飞灰提供氧气，增加飞灰熔融时间，保证飞灰完全熔融；飞灰熔融后的熔渣从熔渣出口(7)排出进行回收利用。
7.根据权利要求6所述的一种分段运行的飞灰熔融处理方法，其特征在于，所述步骤2中，关闭旋风启动炉(1)后，关闭高温烟气出口(5)通向旋风启动炉上(1)的管道的第一阀门(14)，并开启高温烟气出口(5)与烟气处理设备之间的管道上的第二阀门(15)。
8.根据权利要求6所述的一种分段运行的飞灰熔融处理方法，其特征在于，步骤3中，所述飞灰熔融炉(2)排出的高温烟气经高温烟气出口(5)运送至切向二次风切向进口(8)处加热二次风。
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